David Lemaire, Virginie Chapon, Laurie Piette, Jean Armengaud, Pierre Legrand, Abbas Mohamad Ali, Philippe Ortet, Mohamed Barakat, Béatrice Alpha-Bazin, Laureline Février, Catherine Berthomieu, Nicolas Bremond, Christophe Den Auwer, Nicolas Gallois, Magali Floriani, Nicolas Theodorakopoulos, Pascal Arnoux, Institut de Biosciences et Biotechnologies d'Aix-Marseille (ex-IBEB) (BIAM), Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Aix Marseille Université (AMU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Interactions Protéine Métal (IPM), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Aix Marseille Université (AMU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Service de Pharmacologie et Immunoanalyse (SPI), Médicaments et Technologies pour la Santé (MTS), Université Paris-Saclay-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Paris-Saclay-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Laboratoire d'Ecologie Microbienne de la Rhizosphère et d'Environnements Extrêmes (LEMIRE), Synchrotron SOLEIL (SSOLEIL), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de recherche sur les transferts de radionucléides dans les écosystèmes terrestres (LR2T), Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire (IRSN), Laboratoire d'écotoxicologie des radionucléides (PRP-ENV/SERIS/LECO), Institut de Chimie de Nice (ICN), Université Nice Sophia Antipolis (... - 2019) (UNS), COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA), Microbiologie Environnementale et Moléculaire (MEM), Aix Marseille Université (AMU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Laboratoire de recherche sur les transferts des radionucléides dans les écosystèmes terrestres (IRSN/PSE-ENV/SRTE/LR2T), Service de recherche sur les transferts et les effets des radionucléides sur les écosystèmes (IRSN/PSE-ENV/SRTE), Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire (IRSN)-Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire (IRSN), Laboratoire d'écotoxicologie des radionucléides (IRSN/PRP-ENV/SERIS/LECO), Service de Recherche et d'Expertise sur les Risques environnementaux (IRSN/PRP-ENV/SERIS), Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA)-Université Nice Sophia Antipolis (... - 2019) (UNS), and COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)
International audience; Uranium is a naturally occurring radionuclide. Its redistribution, primarily due to human activities, can have adverse effects on human and non-human biota, which poses environmental concerns. The molecular mechanisms of uranium tolerance and the cellular response induced by uranium exposure in bacteria are not yet fully understood. Here, we carried out a comparative analysis of four actinobacterial strains isolated from metal and radionuclide-rich soils that display contrasted uranium tolerance phenotypes. Comparative proteogenomics showed that uranyl exposure affects 39–47% of the total proteins, with an impact on phosphate and iron metabolisms and membrane proteins. This approach highlighted a protein of unknown function, named UipA, that is specific to the uranium-tolerant strains and that had the highest positive fold-change upon uranium exposure. UipA is a single-pass transmembrane protein and its large C-terminal soluble domain displayed a specific, nanomolar binding affinity for UO$_2^{2+}$ and Fe$^{3+}$. ATR-FTIR and XAS-spectroscopy showed that mono and bidentate carboxylate groups of the protein coordinated both metals. The crystal structure of UipA, solved in its apo state and bound to uranium, revealed a tandem of PepSY domains in a swapped dimer, with a negatively charged face where uranium is bound through a set of conserved residues. This work reveals the importance of UipA and its PepSY domains in metal binding and radionuclide tolerance.